专利名称：一种实现高效预混合反应的方法
技术领域：
本发明属于有机化工原料合成技术领域，特别涉及一种实现高效预混合反应的方法。
背景技术：
己内酰胺是一种重要的有机化工原料，主要用于生产锦纶纤维和尼龙树脂，它还是一种优良的溶剂，有着广泛的应用领域。甲苯法是生产己内酰胺的重要方法，包括甲苯氧化、苯甲酸加氢和环己烷羧酸酰胺化三步主要反应。
根据反应机理，酰胺化反应包含环己烷羧酸与发烟硫酸预混合反应生成混合酸酐，以及混合酸酐与亚硝基硫酸反应生成己内酰胺两个串联过程。工业中通常采用搅拌或反应物料强制循环来实现预混合反应，由于混合效率低、停留时间长、存在局部高温，反应体系内同时进行的磺化副反应可产生占己内酰胺产量10％以上的磺化副产物，从而导致酰胺化反应的副产物多、单程转化率低，成为制约整体工艺水平的瓶颈。
为此，发展新的预混合反应方法，提高预混合过程的混合效率，尽可能提供均一、可控的反应时空条件，抑制传递限制引起的不利反应进程，是强化酰胺化反应的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中酰胺化反应预混合反应混合效率低、停留时间长、存在局部高温以及副反应产物多而提供一种实现高效预混合反应的方法，其特征在于该方法是在反应器4中固定分散介质3，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸在分散介质3两侧分别以体积流量比(2-100)∶1的流量进入反应器4，在两侧形成压力差，环己烷羧酸正己烷溶液从在分散介质3上侧的正己烷溶液进口2进入反应器4内，此侧内分散介质3仅与环己烷羧酸正己烷溶液相接触；在压力差的作用下，环己烷羧酸正己烷溶液以一定流量穿过分散介质3，分散成微小液滴，注入到分散介质3另一侧，与从发烟硫酸入口1进入的发烟硫酸接触，且在发烟硫酸沿分散介质表面以一定流量的流动中，实现两相混合，并一起沿分散介质表面流动，进行反应，两相混合后沿分散介质表面的流动速度为0.1-10m/s，反应时间为0.001-10s，具体反应时间通过两相混合后沿分散介质3表面的流动速度和沿介质表面3的流动距离调控。
所述分散介质是平板状或管状的微孔膜、微滤膜或多孔过滤介质，孔径为0.2-10μm。
所述分散介质的材质是不锈钢、玻璃或其他不会被发烟硫酸腐蚀的无机材料。
所述正己烷溶液中环己烷羧酸的体积比浓度为5-30％。
本发明的有益效果是本发明提出的新方法与工业生产和实验研究中已有的方法相比，具有反应效率高、操作能耗低、传递速度快、停留时间短、反应温度可控、物料滞留量小、安全可靠等优势，为提高酰胺化反应的转化率和选择性创造了必要条件。
产生以上积极效果的主要原因在于1.在反应器中仅对溶解环己烷羧酸的正己烷溶液施加能量且无需强制循环，能量利用率高。2.在反应器中可使溶解环己烷羧酸的正己烷溶液液滴处在微米级，传质面积大，传质效率高，生成混合酸酐的反应能在几乎不受传递限制的情况下进行，反应所需时间可降至1秒以下。3.发烟硫酸沿分散介质表面流动的剪切作用使溶解环己烷羧酸的正己烷溶液在两相混合体系中得到均匀分散，不具备形成热点的条件。4.通过调节正己烷溶液中环己烷羧酸的浓度或两相的体积流量比，能可靠地实现对反应温度的控制。
图1为一种高效预混合反应方法的简要流程示意图。
具体实施例方式
本发明是针对现有技术中酰胺化反应预混合反应混合效率低、停留时间长、存在局部高温以及副反应产物多而提供一种实现高效预混合反应的方法。该方法是在反应器4中固定分散介质3，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸在分散介质3两侧分别以体积流量比(2-100)∶1的流量进入反应器4，在两侧形成压力差，环己烷羧酸正己烷溶液从在分散介质3上侧的正己烷溶液进口2进入反应器4内，此侧内分散介质3仅与环己烷羧酸正己烷溶液相接触；在压力差的作用下，环己烷羧酸正己烷溶液以一定流量穿过分散介质3，分散成微小液滴，注入到分散介质3另一侧，与从发烟硫酸入口1进入的发烟硫酸接触，且在发烟硫酸沿分散介质表面以一定流量的流动中，实现两相混合，并一起沿分散介质表面流动，进行反应，两相混合后沿分散介质表面的流动速度为0.1-10m/s，反应时间为0.001-10s，具体反应时间通过两相混合后沿分散介质3表面的流动速度和沿介质表面3的流动距离调控。
上述分散介质是平板状或管状的微孔膜、微滤膜或多孔过滤介质，孔径为0.2-10μm。
上述分散介质的材质是不锈钢、玻璃或其他不会被发烟硫酸腐蚀的无机材料。
上述正己烷溶液中环己烷羧酸的体积比浓度为5-30％。
下面例举实施例对本发明予以进一步说明。
实施例一使用孔径为1μm的不锈钢平板膜为分散介质，以5％环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸为反应物料，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸的体积流量比为100∶1，两相混合后沿分散介质表面的流动速度为0.1m/s，反应时间为0.1s，测定反应后正己烷溶液中剩余的环己烷羧酸浓度，求得以环己烷羧酸为基准的反应转化率为51.2％。
实施例二使用孔径为0.2μm的玻璃平板膜为分散介质，以10％环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸为反应物料，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸的体积流量比为50∶1，两相混合后沿分散介质表面的流动速度为1m/s，反应时间为0.01s，测定反应后正己烷溶液中剩余的环己烷羧酸浓度，求得以环己烷羧酸为基准的反应转化率为83.3％。
实施例三使用孔径为5μm的不锈钢管式膜为分散介质，以10％环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸为反应物料，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸的体积流量比为5∶1，两相混合后沿分散介质表面的流动速度为2m/s，反应时间为0.01s，测定反应后正己烷溶液中剩余的环己烷羧酸浓度，求得以环己烷羧酸为基准的反应转化率为93.6％。
实施例四使用孔径为5μm的不锈钢平板膜为分散介质，以10％环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸为反应物料，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸的体积流量比为40∶1，两相混合后沿分散介质表面的流动速度为1.5m/s，反应时间为0.01s，测定反应后正己烷溶液中剩余的环己烷羧酸浓度，求得以环己烷羧酸为基准的反应转化率为80.1％。
实施例五使用孔径为10μm的不锈钢烧结过滤板为分散介质，以30％环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸为反应物料，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸的体积流量比为2∶1，两相混合后沿分散介质表面的流动速度为10m/s，反应时间为0.001s，测定反应后正己烷溶液中剩余的环己烷羧酸浓度，求得以环己烷羧酸为基准的反应转化率为73.4％。
权利要求
1.一种实现高效预混合反应的方法，其特征在于该方法是在反应器(4)中固定分散介质(3)，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸在分散介质(3)两侧分别以体积流量比(2-100)∶1的流量进入反应器(4)，在两侧形成压力差；环己烷羧酸正己烷溶液从在分散介质(3)上侧的正己烷溶液进口(2)进入反应器(4)内，此侧内分散介质(3)仅与环己烷羧酸正己烷溶液相接触；在压力差的作用下，环己烷羧酸正己烷溶液以一定流量穿过分散介质(3)，分散成微小液滴，注入到分散介质(3)另一侧，与从发烟硫酸入口(1)进入的发烟硫酸接触，且在发烟硫酸沿分散介质表面以一定流量的流动中，实现两相混合，并一起沿分散介质表面流动，进行反应，两相混合后沿分散介质表面的流动速度为0.1-10m/s，反应时间为0.001-10s，具体反应时间通过两相混合后沿分散介质(3)表面的流动速度和沿介质表面(3)的流动距离调控。
2.根据权利要求1所述实现高效预混合反应的方法，其特征在于所述分散介质是平板状或管状的微孔膜、微滤膜或多孔过滤介质，孔径为0.2-10μm。
3.根据权利要求1所述实现高效预混合反应的方法，其特征在于所述分散介质的材质是不锈钢、玻璃或其他不会被发烟硫酸腐蚀的无机材料。
4.根据权利要求1所述实现高效预混合反应的方法，其特征在于所述正己烷溶液中环己烷羧酸的体积比浓度为5-30％。
全文摘要
本发明公开了属于有机化工原料合成技术领域的一种实现高效预混合反应的方法。该方法是在反应器中固定分散介质，以环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸为反应物料，环己烷羧酸正己烷溶液和发烟硫酸分别从反应器中分散介质两侧进入，在压力差的作用下，环己烷羧酸正己烷溶液以一定流量穿过分散介质，分散成微小液滴，与另一侧的发烟硫酸接触，实现两相混合，并一起沿分散介质表面流动，进行反应，具体反应时间通过两相混合后沿分散介质表面的流动速度和沿介质表面的流动距离调控。本发明具有反应效率高、操作能耗低、传递速度快、停留时间短、反应温度可控、物料滞留量小、安全可靠等优势，为提高酰胺化反应的转化率和选择性创造了必要条件。
文档编号C07D201/08GK1699340SQ20051005963
公开日2005年11月23日 申请日期2005年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者骆广生, 吕阳成, 陈桂光, 徐建鸿, 王凯 申请人:清华大学